转：虚拟现实在情境教学中的应用研究

她。 3D打印店铺

摘要：本文首先介绍了虚拟现实的概念及其特征，然后分析了虚拟现实在情境教学的重要作用，最后通过实例论证得出将虚拟现实引入情境教学中，可以充分地调动学生的学习积极性和主动性，提高他们的自主探索能力、团结协作能力的结论。



关键词：虚拟现实  建构主义  情境  协作  



一、引言



许多现实事物人类无法通过常规的方式去认识，因为人的感知能力有限以及一些实践活动会受到时空的限制，而虚拟现实可以再造许多领域的现实和可能，满足人类探索的需要。

    我们先来看一个例子，这是日本松下公司用来招揽买主的“厨房世界”。你只要戴上特殊的头盔和一只银色的手套，就可以去“漫游”厨房世界了。你伸手去开门，门随手而开，厨房内的所有设备就会映人你的眼帘。你可以用手打开柜橱的门和抽屉，查看里面的结构和质量，可从碗架上拿下盘子看看，也可以打开水龙头，立即看见水流出来，听见流水声，还可查看水池下面的排水是否流畅，也可查看照明是否亮堂，试试通风排气是否正常……。可是当你拿下头盔，摘下手套时，这一切又都消失了。[1]

这就是虚拟现实的应用。



二、虚拟现实的概念与特征



虚拟现实（ Virtual Reality,简称VR）是二十世纪末出现的高新技术。它是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术以及传感技术等基础上发展起来的一门交叉技术。它是利用计算机创建一种模拟人在自然环境中视觉、听觉、嗅觉以及触觉等感觉的高级人机交互环境，并通过数据手套、头盔显示器等传感设备，使用户沉浸到该环境中去。虚拟现实突破了用传统方法表达事物的局限，使人们不仅可以将任何想象的环境虚拟实现，而且还可以在其中以自然的行为与这种虚拟现实进行交流。



Grigore Burdea和Philippe Coiffet在著作《Virtual Reality Technology》一书中指出，虚拟现实具有三个最突出的特征，即人们称道的“3I”特性：交互性(interactivity)、沉浸感(Illusion of Immersion)和构想性(imagination)。



交互性(interactivity)。交互性主要是指参与者通过使用专门输入和输出设备，用人类的自然技能实现对模拟环境的考察与操作的程度。



沉浸感(Illusion of Immersion)。沉浸感是虚拟现实最主要的技术特征，它是指参与者在纯自然的状态下，借助交互设备和自身的感知觉系统，对虚拟环境的投入程度。



构想性(imagination)。构想性是指借助虚拟现实技术，使抽象概念具像化的程度。虚拟现实不仅仅是一个媒体，一个高级用户界面，它是为解决工程、医学、军事等方面的问题而由开发者设计出来的应用软件，它以夸大的形式反映了设计者的思想，比如在建造一座现代化的大厦之前，要对其结构做细致的构思。然而许多量化的设计图纸的读者只能是极少数的内行人，而虚拟现实则可以用别样方式同样反映出设计者的构思，而且它的功能远比那些呆板的图纸生动和强大得多。所以某些国外学者称虚拟现实为放大人们心灵的工具，或人工现实（artificial reality）。

虚拟现实除了上述基本特征之外，还具备全息性特征。



全息性（Multi perceives）。全息性是指虚拟现实系统能提供的感觉通道和获取信息的广度和深度。虚拟现实旨在提供多维感觉通道和类似现实的全面的信息，让参与者通过全息传感及反应装置，在虚拟环境中获得视觉、听觉、触觉及嗅觉等多种感知，从而达到身临其境的感受。全息性是人们全身心沉浸到虚拟现实最基本的前提条件和技术基础。



三、应用虚拟现实创设教学情境



建构主义认为，学习总是在一定的社会文化背景即“情境”相联系的[2]，情境是“意义建构”的必要前提，也是教学设计中最重要的内容之一，新的一轮中学课程改革十分强调课堂教学的情境，主张教师在课堂教学中创设相对应的情境，以情促学，以境助学。在教学过程中，教师可以根据教学目标通过语言描绘、实物演示、音乐渲染或场景表演等手段构成生动形象的教学情境，以激发学生的学习情绪，使学生融入情境，使得学生的有意识心理活动与无意识心理活动、理智活动与情感活动达到有效的统一。在教学中，创设什么样的情境？怎样创设更好的情境？这些问题常常困扰着我们。有时候情境很容易实现，有时候也会受到时间与空间等诸多因素的限制，使得我们起初的构想实现起来很难，其效果也不尽如人意，这时我们可以利用虚拟现实技术来弥补其中的不足。虚拟现实是一种仿真的交互式人机界面，它所构造的情景所具有的丰富性与生动性有助于激发学生积极的学习情绪和动机，提高他们的自主参与意识，促进了“同化”与“顺应”过程的发生，从而使得学生对所学知识的意义建构不再那么困难。显然，这种情境性学习会在一定程度上促进学习的迁移。

虚拟现实创造出良好的学习环境，学生能够身临其境，以自然的方式，如抓、握、拉等动作和对象发生作用，通过活动学到知识。在虚拟环境下，学生更容易摆脱枯燥的课本说教和计算机屏幕冷冰冰的界面，活生生地处在一个可以自己控制、自己感知的环境里，学生的求知欲、自主意识空前高涨。虚拟现实具有强大的交互性。在虚拟现实系统中，学生不仅可以利用键盘、鼠标进行交互，而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。学生可以通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能，对虚拟环境中的对象进行操作。例如：可以用手去直接抓取和移动模拟环境中的物体，不仅有抓东西的感觉，还能感觉到物体的重量；学生可以像现实中一样拿起一把虚拟的火炬，并在虚拟环境中打开开关点燃它；学生还可以通过在地球和其他行星不同重力的情况下玩篮球，并探索其运动规律来研究重力定律等等。虚拟现实技术将从根本上改变人与计算机系统的交互方式。



前面分析了虚拟现实在创设教学情境的优势，它具有的超时空性可以为学生提供一种自由交互、自主探索的学习环境和学习方法，从而激发学生的学习积极性，在多方面提高教与学的质量。下面我给出三个具体的应用案例：



案例1：

摄影技术中的感光胶片的效果通常用我们的肉眼难以确定，只有等到胶片通过后期处理后才能看到曝光的效果，所以上课时，尽管老师花大力气讲解，但在课堂上学生总是听得云里雾里，觉得枯燥无味，于是心不在焉，难以把握老师所讲的要点，可想而知，课堂效果收效甚微，而要真正搞懂，课后还需要花费大量的时间与金钱。而我们在教学中，用虚拟现实创设一种较为逼真的情境，学生通过提供的虚拟照相机，来分别操作影响胶片最终曝光效果的三个因素，相机的快门速度、光圈系数和胶片的感光度，学生可以根据不同的光照条件和拍摄场合，利用一些传感设备来选择不同的快门速度值、光圈系数和胶片的感光度值，然后虚拟系统会根据学生选择的数据，及时给出最终的曝光的效果。

可见，通过虚拟现实技术，学生能够置身于创设的情境之中，亲自实践，而系统及时的反馈，给学生带来了强烈的再实践的愿望，于是通过不断的亲身参与，学习技能与动手操作能力就会随之提高。虚拟现实的运用，不但能够使学生穿越时空，置身于奇妙的情境之中，而且激发了学生学习的热情，培养学生的观察力和思维能力，促进了信息的传授与吸收，起到了事半功倍的效果。



案例2：

教小学生认识动物时，我们利用多媒体技术，让学生观看了一些图、文、声并茂的画面，有的学生兴高采烈，但是更多的小朋友脸上写满“不开心”，他们中有人说：“老师，要是它们是真的该有多好啊！”，“老师，如果能像抚摸我们家的小花猫那样碰到他们就好了”。老师听懂了学生们的呼声，有了，星期天带他们去动物园吧，这样你们应该满足了吧！到了星期天，老师带着他们到了市里最大的动物园，学生们欢呼雀跃，但是过了很久，有一个小朋友问老师：“我想看恐龙！”，接着，很多小朋友表示响应，想看恐龙，老师一下子愣住了，怎么办呢？恐龙早已经灭绝了，老师陷入了冥思苦想之中。哦，不是早已听说虚拟现实了吗？用它来创设一种情境来帮助孩子们认识动物不是更好吗？

于是，经过一周时间的准备，老师带领孩子们进入了虚拟现实环境中，孩子们超越了时空进入早已梦想见到的侏罗纪，在里面他们可以与恐龙打交道，远可闻其声，近可观其形，甚至可以“走近”性情温和的恐龙，触摸它的肌肤，感觉它的体温，了解它的气味等，甚至可以向《侏罗纪公园》一样，与性情残暴的恐龙决一雌雄，真是太过瘾了！结束后，孩子们仍然非常的兴奋，一副意犹未尽的样子。

虚拟现实创设的情境帮助学生与那些在真实生活中不能见到的事物进行了“亲密接触”，扫除了原先“可远观而不可亵玩焉”的遗憾，帮助他们建立了一种直观的体验与经验。虚拟教学情境的创设，使学生与教师都从传统的教学模式中解脱出来，激发了孩子的求知欲望，促进了现代教育技术与学科教学的整合，使得教学手段多元化和教学资源最优化。



案例3：

根据学习的需要，在虚拟现实技术的支持下，我们建立了一个虚拟社区，这个社区的名字叫“模拟法庭”。随着主持人的一声令下，“开庭”了。“书记员”先认真地宣读了法庭必须遵守的纪律。接着，“审判长”、“审判员”以及“原告”、“被告”、“公诉人”等身着规范服装的学生鱼贯而入，按座入席。台下刚有的一点笑声，很快被“审判长”威严的槌声所制止。按照法律规定步骤，“法官”一一听取了“公诉人”的诉讼、“原告”的陈述、“被告”的辩白、“律师”的辩护……之后，进行“审议”，并予以公开“判决”。

模拟法庭，直观生动，深受学生的欢迎。虽然学习者所处的地域不同，文化背景不同，但是在虚拟现实下，大家通过协作，不仅学到了法律相关知识，而且更加深刻实时地了解同伴的个性，语言风格、行为习惯等、类似于真实的法庭。而在传统的网络环境中，大家只能在论坛里或聊天室里发表自己的观点，至于其他协作者真实的表情、神态、行为动作等则无法感知。虚拟现实技术与Internet的结合，恰好弥补了这些不足，学习者通过互相观摩、达到共同进步，在互动逼真的情境中协作学习，他们感到真实而又愉快。因此，虚拟现实能够使学习者在交往中学习，在学习中交往。



六、结论



虚拟现实实现了许多常规教学中的不可能，它可以为学习者创设丰富而又生动的情境，在这样的情境中，同学们可以自主探索、互相协作，共同完成对所学知识的意义建构。我们相信，随着虚拟技术的发展和应用，建构主义将会愈来愈显示出其强大的生命力，同学们将会真正地变“苦学”为“乐学”，在轻松愉快的氛围中探究天地奥秘和万物规律。



参考文献：



[1].《明天的流行技术—虚拟现实》http://www.hongen.com/edu/kxdt/kjbl/kc032901.htm

[2]. 何克抗.《 建构主义的教学模式、教学方法与教学设计》  广西师范大学出版社.1999

[3].马持节.《虚拟现实：媒体的终结者》 http://academic.mediachina.net/xsjd_view.jsp?id=1534

[4].裘伟廷.《虚拟实验在远程教学中的前景》

http://its.nbtvu.net.cn/office/lab/xslw3.htm

[5].姚志敏，谢国港. 多媒体环境下的建构主义教学模式尝试

  http://ywj27.nease.net/ktyj/002.htm

[6].祝智庭  《现代教育击水——走进信息化教育》  高等教育出版社      第212页